เพาเวอร์ไดโอด

สารประกอบของรูอิเล็กตรอน

หลักการทำงานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์และกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ขอบเขตระหว่างสองส่วนของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ - อิเล็กตรอน (n-type) และโฮล (p-type) ในพื้นที่ประเภท n อิเล็กตรอนจะมีอิทธิพลเหนือกว่าซึ่งเป็นพาหะหลักของประจุไฟฟ้า ในภูมิภาค p สิ่งเหล่านี้คือประจุบวก (รู) ขอบเขตระหว่างสองบริเวณที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกันเรียกว่าจุดแยก pn

ตามหน้าที่แล้ว ไดโอด (รูปที่ 1) ถือได้ว่าเป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่มีการควบคุมพร้อมการนำไฟฟ้าด้านเดียว ไดโอดอยู่ในสถานะนำไฟฟ้า (สวิตช์ปิด) ถ้าจ่ายแรงดันไปข้างหน้า

ข้าว. 1. การกำหนดกราฟิกแบบดั้งเดิมของไดโอด

กระแสผ่านไดโอด iF ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ของวงจรภายนอก และแรงดันตกคร่อมในโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์มีความสำคัญเพียงเล็กน้อย หากใช้แรงดันย้อนกลับกับไดโอด ไดโอดจะอยู่ในสถานะไม่นำไฟฟ้า (สวิตช์เปิด) และมีกระแสไหลผ่านเล็กน้อย แรงดันตกคร่อมไดโอดในกรณีนี้ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ของวงจรภายนอก

การป้องกันไดโอด

สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวทางไฟฟ้าของไดโอดคืออัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสไปข้างหน้า diF / dt เมื่อเปิด, แรงดันเกินเมื่อปิด, เกินค่าสูงสุดของกระแสไปข้างหน้าและทำลายโครงสร้างด้วยแรงดันย้อนกลับที่สูงจนไม่สามารถยอมรับได้

ที่ค่า diF / dt สูงความเข้มข้นของตัวพาประจุที่ไม่สม่ำเสมอจะปรากฏในโครงสร้างไดโอดและเป็นผลให้ความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นพร้อมกับความเสียหายต่อโครงสร้างตามมา สาเหตุหลักที่ทำให้ค่า diF / dt สูงนั้นมีค่าน้อย ตัวเหนี่ยวนำ ในวงจรที่มีแหล่งจ่ายแรงดันไปข้างหน้าและไดโอดเปิด เพื่อลดค่าของ diF / dt ตัวเหนี่ยวนำจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับไดโอดซึ่งจะจำกัดอัตราการเพิ่มขึ้นของกระแส

เพื่อลดค่าของแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับไดโอดเมื่อปิดวงจรจะใช้ตัวต้านทาน R ที่ต่อแบบอนุกรมและ ตัวเก็บประจุ C คือวงจร RC ที่เรียกว่าต่อขนานกับไดโอด

เพื่อป้องกันไดโอดจากกระแสไฟเกินในโหมดฉุกเฉิน จึงใช้ฟิวส์ไฟฟ้าความเร็วสูง

ประเภทหลักของไดโอดพลังงาน

ตามพารามิเตอร์และวัตถุประสงค์หลัก ไดโอดมักจะแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: ไดโอดวัตถุประสงค์ทั่วไป ไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็ว และไดโอด Schottky

ไดโอดเอนกประสงค์

ไดโอดกลุ่มนี้มีความโดดเด่นด้วยค่าแรงดันย้อนกลับสูง (จาก 50 V ถึง 5 kV) และกระแสไปข้างหน้า (จาก 10 A ถึง 5 kA) โครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ขนาดใหญ่ของไดโอดทำให้ประสิทธิภาพลดลง ดังนั้นเวลาการกู้คืนย้อนกลับของไดโอดมักจะอยู่ในช่วง 25-100 μs ซึ่งจะจำกัดการใช้งานในวงจรที่มีความถี่สูงกว่า 1 kHzตามกฎแล้วทำงานในเครือข่ายอุตสาหกรรมที่มีความถี่ 50 (60) Hz แรงดันตกคร่อมไดโอดของกลุ่มนี้คือ 2.5-3 V.

เพาเวอร์ไดโอดมาในแพ็คเกจต่างๆ การดำเนินการที่แพร่หลายที่สุดคือสองประเภท: พินและแท็บเล็ต (รูปที่ 2 a, b)

ข้าว. 2. การสร้างตัวไดโอด: a — พิน; ข — แท็บเล็ต

ไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็ว ในการผลิตไดโอดกลุ่มนี้จะใช้วิธีการทางเทคโนโลยีต่างๆเพื่อลดเวลาในการกู้คืนแบบย้อนกลับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเติมซิลิกอนด้วยวิธีการแพร่กระจายของทองคำหรือแพลทินัมทำให้สามารถลดเวลาการกู้คืนลงเหลือ 3-5 μs อย่างไรก็ตามสิ่งนี้จะลดค่าที่อนุญาตของกระแสไปข้างหน้าและแรงดันย้อนกลับ ค่าปัจจุบันที่อนุญาตคือตั้งแต่ 10 A ถึง 1 kA, แรงดันย้อนกลับ — จาก 50 V ถึง 3 kV ไดโอดที่เร็วที่สุดมีเวลากู้คืนย้อนกลับ 0.1-0.5 μs ไดโอดดังกล่าวใช้ในวงจรพัลส์และความถี่สูงที่มีความถี่ 10 kHz ขึ้นไป การออกแบบไดโอดในกลุ่มนี้คล้ายกับไดโอดเอนกประสงค์

ไดโอด Schottky

หลักการทำงานของไดโอด Schottky นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของช่วงการเปลี่ยนภาพระหว่างโลหะและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ สำหรับพาวเวอร์ไดโอด จะใช้ชั้นของซิลิคอนชนิด n เป็นสารกึ่งตัวนำ ในกรณีนี้ มีประจุลบในบริเวณทรานซิชันที่ด้านโลหะและมีประจุบวกที่ด้านเซมิคอนดักเตอร์

ความไม่ชอบมาพากลของไดโอด Schottky คือกระแสไปข้างหน้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของพาหะหลักเท่านั้น - อิเล็กตรอน การขาดการสะสมของพาหะส่วนน้อยช่วยลดความเฉื่อยของไดโอด Schottky ได้อย่างมากเวลาการกู้คืนมักจะไม่เกิน 0.3 μsแรงดันตกไปข้างหน้าประมาณ 0.3 V ค่ากระแสย้อนกลับในไดโอดเหล่านี้มีขนาดสูงกว่าไดโอด p-n-junction 2-3 คำสั่ง แรงดันย้อนกลับที่ จำกัด มักจะไม่เกิน 100 V ใช้ในวงจรพัลส์ความถี่สูงและแรงดันต่ำ